Магнітна рідина її унікальні властивості і застосування, магазин магнітів

Магнітна рідина: її унікальні властивості і застосування

Магнітна рідина є одним з перших і дуже наочних досягнень нанотехнологій, яке сьогодні успішно застосовується в різних сферах діяльності. Багато фундаментальні завдання людства, завдяки використанню феромагнітної рідини, змогли отримати нове, дуже оригінальне і нестандартне рішення: так, екологи використовують цей винахід для збору нафтопродуктів, а медики - при створенні протипухлинних препаратів.

Цікаво, що, при всій своїй високотехнологічності, рідини з магнітними властивостями можна отримати навіть в домашніх умовах, що ще більше підігріває інтерес до даного винаходу.

Магнітна рідина і її властивості

Як випливає з її назви, магнітною рідиною називають речовину, яка сильно поляризується в присутності магнітного поля. Строго кажучи, будь-яка речовина можна назвати небайдужим до магнітного випромінювання, хоча для більшості складів тяжіння або відштовхування від магніту настільки слабо, що може бути зареєстровано лише спеціальними приладами.

З іншого боку, нагальна потреба в створенні системи, здатної надати тілам магнітні властивості, не змінюючи при цьому їх структури, викликала небувалий інтерес до пошуку способу підсилити магнітні властивості речовини за допомогою введення в нього настільки дрібних магнітних частинок, щоб рідина зберегла свою плинність, а система залишалася стійкою протягом декількох років.

У першому наближенні, магнітна рідина - це органічний розчинник або звичайна вода, в якій плавають частинки магнітних матеріалів дуже маленького розміру. З метою забезпечення стійкості такого колоїдного розчину феромагнітні нанорозмірні частинки знаходяться у зв'язаному стані усередині поверхнево-активних речовин (ПАР) або полімерів, що перешкоджають злипанню нано-магнітів один з одним під дією магнітного або Ван-дер-ваальсово взаємодії.

Як магнітної складової магнітної рідини зазвичай використовуються ферромагнетики - близькі за формою до сфери частинки магнетиту, гематиту та інших матеріалів, до складу яких входить залізо, розміром 5-10 нанометрів. Будучи колоїдним розчином, магнітна рідина має властивості відразу двох станів матерії - рідини і твердого тіла, причому перемикання з одного стану в інший в даному об'єкті відбувається під дією магнітного поля.

Важлива властивість магнітної рідини - це стійкість, що виражається у відсутності злипання твердих частинок і виділення їх в окрему фракцію навіть в присутності дуже сильного магнітного поля. Проте, ПАР, що утворюють захисну оболонку навколо магнітних частинок, з часом розпадаються, тому середній термін служби магнітної рідини становить від двох до п'яти років.

Під впливом магнітного поля магнітна рідина утворює дуже цікаву конструкцію, що візуально нагадує симпатичного їжачка, і це її властивість, по-науковому що називається «нестабільність в нормально направленому поле», мабуть, є основою більшості науково-популярних експериментів з магнітною рідиною.

Як отримати магнітну рідину?

На даний момент відомо кілька способів промислового отримання магнітної рідини, яке, в будь-якому випадку, складається з двох принципових процесів - отримання нанорозмірних магнітних частинок і їх стабілізації в рідкому розчині.

Важливо, що обидві ці стадії повинні бути суміщені в часі, щоб уникнути злипання частинок один з одним. Всі способи отримання нанорозмірних магнітних частинок зводяться до двох фундаментально різних процесів - диспергированию (тобто подрібнення більших частинок) і конденсації - вилучення їх з молекул розчину.

З усіх способів подрібнення твердих частинок найбільш ефективним є механічний, який, тим не менш, не позбавлений недоліків - наприклад, ця технологія відрізняється низькою продуктивністю і великим розкидом розмірів одержані частинок. Набагато більш перспективними виявилися методи конденсації, коли частинки колоїдних розмірів утворюються в результаті мимовільного процесу об'єднання (конденсації) окремих молекул або атомів.

Основні конденсаційні методи - це електролітична конденсація (виділення солей металів з водних розчинів), вакуумна конденсація парів металів при нагріванні до високих температур і карбонільний метод, який заснований на термічному розкладанні випаровуються в спеціальному резервуарі карбонилов металів.

Також існує пара цікавих способів отримання магнітної рідини своїми руками і домашніх (або практично в домашніх) умовах. Перший з них носить назву хімічного і підходить, в першу чергу, тим, хто не тільки володіє великим досвідом проведення хімічних експериментів, але й має у своєму розпорядженні спеціальними хімічними реактивами і посудом. Як джерело отримання магнітних частинок за даною методикою використовуються солі двох- і тривалентного заліза, як ПАР - натрієва сіль олеїнової кислоти, а в якості рідини-носія частинок - дистильована вода.

Механічний спосіб отримання магнітної рідини своїми руками набагато більш простий, хоча якість готового продукту буде гірше, ніж у рідини, отриманої з хімічної технології. Даний метод заснований всього лише на просіюванні і змішуванні, а основним матеріалом для нього є дрібні сталеві тирсу - чим дрібніше, тим краще (ідеальний варіант - сталева пил, що утворюється після роботи болгарської пилкою або точилом).

Зібрана сталева пил заливається звичайною водою, насиченою ПАР (для цього зручно використовувати миючий засіб без сильного піноутворення). З метою мінімізації корозії металевих частинок замість води краще використовувати машинне масло або гальмівну рідину.

А ось ще один, гранично простий спосіб отримання магнітної рідини за допомогою чорнила від принтера і рослинного масла:

Способи застосування магнітних рідин

На закінчення розмови про такий цікавий продукт, як магнітна рідина, наведемо кілька найоригінальніших і корисних способів її використання.

1. Магнітна рідина в техніці

Одна з найпопулярніших сфер використання магнітної рідини, виготовленої на основі масла, - це магнітні мастила, що знижують тертя і перешкоджають попаданню в агрегати сторонніх немагнітних частинок, виштовхує рідиною під дією магнітного поля.

2. Магнітна рідина в екології

Очищення стічних вод від нафтопродуктів - глобальне завдання людства. Досить оригінальним способом її вирішення стало використання магнітних рідин, які додаються в стічні води, омагнічівают нафтопродукти і забезпечують їх відділення спеціальними магнітними системами.

Подібну технологію можна використовувати і для очищення від нафтопродуктів природних водойм: так, на розлите на поверхні води нафтову пляму з вертольота розбризкують магнітну рідину, а потім в воду опускають сильні неодимові магніти, і величезна пляма стягується в точку, легко відкачувати насосом.

3. Магнітна рідина в медицині

Незважаючи на свою первісну технічну орієнтацію, в сфері охорони здоров'я магнітні рідини сьогодні отримали не менше широке поширення, ніж в техніці. Так, магнітні рідини змішуються з протипухлинними препаратами для локалізації їх в області пухлини, використовуються для спрямованої доставки ферментів, як рентгеноконтрастних речовин для дослідження швидкості кровотоку і в хірургії для перекривання потоку крові після розрізу.